凹凸棒土/铁复合材料电极的制备及在酯类废水处理中的应用研究

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本论文以胶体表面化学及电化学为基础,采用电化学法对乳液有机废水进行处理。利用改性后的凹凸棒土所制备的复合材料电极处理了含邻苯二甲酸酯(PAEs)类污染物的有机废水。研究结果表明,该电极与传统铁电极及铝电极相比较具有价格更低廉、污水处理效率更高、能耗更低等优点。本论文为凹凸棒土高附加值、高档次类型产品的开发和研制提供了新思路,并成功制备了可以更加快速、高效处理含有机污染物废水的新型电极,为此类废水处理提供了新技术、新途径。1.凹凸棒土的改性及性质测定与分析以天然矿石-凹凸棒土为原材料,利用盐酸及十六烷基三甲基氯化铵(CTAC,下同)对其进行联合改性,并以凹凸棒土对于亚甲基蓝的吸附情况来对改性效果进行考察。最终实验结果表明,通过0.50-0.80mol·L-1的盐酸以及CTAC联合改性后的凹凸棒土在未改变本身空间结构的情况下吸附性能得到了很大程度的提升。2.改性凹凸棒土/铁复合材料电极的制备及性能探究以改性后的凹凸棒土和铁粉为主要原材料,利用环氧树脂作为交联剂成功制得凹凸棒土/铁复合材料电极。实验分别研究探讨了凹凸棒土的使用量以及交联剂的加入量对凹凸棒土/铁复合材料电极的性能所带来的影响,同时实验也通过不同的处理方法对凹凸棒土/铁复合材料电极进行了预处理。经实验分析得到,电极在通过70℃热水恒温浸泡与超声协同作用20min后,已基本可以将凹凸棒土/铁复合材料电极中未反应的环氧树脂除去,从而确保所制得的凹凸棒土/铁复合材料电极在污水处理过程中不给环境带来二次污染。另外,通过对凹凸棒土/铁复合材料电极的峰电流以及富集时间的测定,确定了凹凸棒土/铁复合材料电极比普通石墨电极和铁电极具有更加优良的电化学污水处理性能。3.凹凸棒土/铁复合材料电极在酯类废水处理中的应用研究以制得的凹凸棒土/铁复合材料电极作为电解阳极并将其应用到电化学污水处理技术中,成功处理了含有邻苯二甲酸二丁酯(DBP,下同)的有机废水。通过实验考察对比了传统电化学污水处理法与脉冲电化学污水处理法的优劣性,另外还分别探讨分析了电极种类、电流密度、占空比、电极间距离以及不同pH值和初始DBP浓度对于污水处理效果的影响。结果表明脉冲电化学污水处理技术相较于传统电化学污水处理技术具有更好的处理效果和更低的耗能。同时,凹凸棒土/铁复合材料电极相较于传统铁电极或铝电极在废水的处理过程中其处理效果更好且所需要的电能更低。通过实验数据分析可以得到当以凹凸棒土/铁复合材料电极作电解阳极、电流密度为20 mA·cm~2、占空比为0.6、电极间距离为10 mm时利用脉冲电化学法处理含DBP废水80min后,废水中DBP除去率可达到85%左右,COD的除去率可达到95%左右。当废水偏酸性或者偏碱性时都会影响废水的处理效果,但是只要在相同的处理条件下给予更长的处理时间最终得到的处理结果是相似的。
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